TY  - THES
A1  - Klein, Thomas
T1  - Establishing an in vitro disease model for Fabry Disease using patient specific induced pluripotent stem cell-derived sensory neurons
T1  - Etablierung eines in vitro Krankheitsmodells für M. Fabry mittels patienteneigener sensibler Neurone, generiert über induzierte pluripotente Stammzellen
N2  - Fabry disease (FD) is an X-linked lysosomal storage disorder caused by deficiency of the α-galactosidase A (GLA), leading to intracellular accumulations of globotriaosylceramide (Gb3). Acral burning pain, which can be triggered by heat, fever or physical activity is an early hallmark of FD and greatly reduces patients’ quality of life. The pathophysiology of FD pain is unknown and research is hindered by the limited in vivo availability of suitable human biomaterial. To overcome this obstacle, we generated induced pluripotent stem cells (iPSC) from one female and two male patients with a differing pain phenotype, and developed a refined differentiation protocol for sensory neurons to increase reliability and survival of these neurons, serving as an in vitro disease model. Neurons were characterized for the correct neuronal subtype using immunocytochemistry, gene expression analysis, and for their functionality using electrophysiological measurements. 
iPSC and sensory neurons from the male patients showed Gb3 accumulations mimicking the disease phenotype, whereas no Gb3 depositions were detected in sensory neurons derived from the female cell line, likely caused by a skewed X-chromosomal inactivation in favor of healthy GLA. Using super-resolution imaging techniques we showed that Gb3 is localized in neuronal lysosomes of male patients and in a first experiment using dSTORM microscopy we were able to visualize the neuronal membrane in great detail. To test our disease model, we treated the neurons with enzyme replacement therapy (ERT) and analyzed its effect on the cellular Gb3 load, which was reduced in the male FD-lines, compared to non-treated cells. We also identified time-dependent differences of Gb3 accumulations, of which some seemed to be resistant to ERT. We also used confocal Ca2+ imaging to investigate spontaneous neuronal network activity, but analysis of the dataset proofed to be difficult, nonetheless showing a high potential for further investigations. We revealed that neurons from a patient with pain pain are more easily excitable, compared to cells from a patient without pain and a healthy control. 
We provide evidence for the potential of patient-specific iPSC to generate a neuronal in vitro disease model, showing the typical molecular FD phenotype, responding to treatment, and pointing towards underlying electrophysiological mechanisms causing different pain phenotypes. Our sensory neurons are suitable for state-of-the-art microscopy techniques, opening new possibilities for an in-depth analysis of cellular changes, caused by pathological Gb3 accumulations. Taken together, our system can easily be used to investigate the effect of the different mutations of GLA on a functional and a molecular level in affected neurons.
N2  - Morbus Fabry (M. Fabry) ist eine X-chromosomal vererbte lysosomale Speichererkrankung, die durch die Defizienz von α-Galaktosidase A (GLA) verursacht wird. Diese führt zu pathologischen Ablagerungen von Globotriaosylceramid (Gb3) in Zellen. Akraler, brennender Schmerz, der durch Hitze, Fieber oder Sport ausgelöst werden kann, ist ein frühes Krankheitsmerkmal und reduziert die Lebensqualität der Patienten deutlich. Die Pathophysiologie von M. Fabry ist unklar und die Forschung ist durch die limitierte Verfügbarkeit von humanem Biomaterial nur eingeschränkt möglich. Um dieses Problem zu bewältigen haben wir induzierte pluripotente Stammzellen (iPSC) von einer weiblichen Patientin und zwei männlichen Patienten mit unterschiedlichen Schmerzphänotypen generiert. Mit diesen Zellen konnten wir ein verbessertes Protokoll zur Herstellung sensibler Neurone etablieren um diese als in vitro Krankheitsmodell zu nutzen. Die Neurone wurden mittels Immunozytochemie, Genexpressionsanalyse und elektrophysiologischer Messungen auf die korrekte Zellidentität und deren Funktionalität getestet.
Gb3 Ablagerungen konnten als Krankheitsmerkmal in iPSC und sensiblen Neuronen der männlichen Patienten, nicht aber in Zellen der weiblichen Patientin und der Kontrollperson nachgewiesen werden. Das Fehlen von pathologischen Ablagerungen in Zellen der weiblichen Betroffenen ist vermutlich auf eine verschobene X-Inaktivierung zu Gunsten des gesunden GLA zurückzuführen. Nichtsdestotrotz ist es uns durch die Nutzung hochauflösender Mikroskopietechniken gelungen, bei männlichen Patienten Gb3 in neuronalen Lysosomen nachzuweisen und die Membran in großem Detail abzubilden. Die Behandlung der Neurone mit der Enzymersatztherapie (ERT) als Nachweis für die Funktionalität des Krankheitsmodells führte zu einer Reduktion der Gb3 Ablagerungen bei männlichen Zellen, im Vergleich zu unbehandelten Zellen. Zudem konnten wir unterschiedliche Arten von Gb3 Akkumulationen identifizieren, von denen einige scheinbar behandlungsresistent sind. Erste Versuche mit Ca2+ Imaging zeigten spontane, neuronale Netzwerkaktivität, die noch weitergehend analysiert werden müssen. Mittels Patch-Clamp Analysen konnten wir zeigen, dass Neurone des Patienten mit Schmerzen leichter erregbar sind als Zellen des Patienten ohne Schmerzen, was einen Hinweis auf die mögliche Beteiligung gestörter Ionenkanäle gibt.
Wir konnten zeigen, dass patientenspezifische iPSC geeignet sind um ein neuronales in vitro Krankheitsmodell zu erstellen. Dieses Modell zeigt den typischen molekularen Phänotypen des M. Fabry, spricht auf ERT an und liefert erste Hinweise auf pathologische elektrophysiologische Krankheitsursachen, die zu unterschiedlichen Schmerzphänotypen führen können. Zelluläre Veränderungen durch Gb3 Ablagerungen können nun mittels neuester Mikroskopietechniken anhand der von uns generierten Neurone untersucht werden um ein besseres Verständnis der zugrundeliegenden Pathophysiologie zu bekommen. Zusammenfassend bietet unser System eine neue Möglichkeit den neuronalen Einfluss verschiedener GLA Mutationen auf einer funktionellen und molekularen Ebene zu untersuchen und die Diversität von M. Fabry aufzuschlüsseln.
KW  - Induzierte pluripotente Stammzelle
KW  - iPSC
KW  - disease model
KW  - fabry disease
KW  - pain
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-199705
ER  - 
TY  - THES
A1  - Geiger, Ute
T1  - Erfassung der intraoperativen Ankopplungseffizienz mittels evozierten Potentialen bei mit Mittelohrimplantat versorgten Patienten
T1  - Determining the intraoperative coupling efficiency using evoked potentials in middle ear implant patients
N2  - Patienten mit leicht bis hochgradigen Schallleitungs-, Schallempfindungs- und kombinierten Schwerhörigkeiten werden routinemäßig nach erfolglosem Hörgerätetrageversuch mit aktiven Mittelohrimplantaten versorgt. Aktive Mittelohrimplantate können an verschiedene Strukturen des Mittelohrs angekoppelt werden. Der Ort der Ankopplung ist abhängig vom Hörverlust und der individuellen Physiologie des Mittelohres. Die Hörverbesserung ist dabei stark von der Kopplungseffizienz des Implantatwandlers an die Mittelohrstruktur abhängig.

Aktuell gibt es keine zufriedenstellende Möglichkeit die Kopplungseffizienz intraoperativ zu bestimmen. Daher wird eine objektive Methode eingeführt, um intraoperativ auditorische Hirnstammantworten (BERAs) bei Stimulation über das Implantat abzuleiten. Die Vibrant Soundbrigde® (VSB) wird dabei mit einem Drahtlosüberträger (miniTEK, Signia GmbH, Erlangen) und der Carina®-Aktuator über ein Audiokabel mit der BERA-Anlage verbunden. Die BERA-Anlage überträgt die Stimuli direkt an das Implantat, welches an die Mittelohrstruktur angekoppelt ist. Die BERA-Antworten werden bei der VSB durch einen optimierten VSB-CE-Chirp und beim Carina®-System durch den Standard CE-Chirp evoziert, beginnend bei Pegeln oberhalb der Knochenleitungshörschwelle bis unter die Registrierungsschwelle. Diese Methode kann die intraoperative Integrität des Implantats sowie die Kopplungseffizienz bestimmen, um eine Aussage über den zu erwartenden Hörerfolg treffen zu können. Darüber hinaus kann die versorgte Hörschwelle verwendet werden, um die Anpassung bei Kindern oder schwierigen Fällen zu unterstützen und um eine Hörverschlechterung über die Zeit zu erfassen. 

Zusammenfassend, konnte eine Methode zur Bestimmung der intraoperativen Kopplungseffizienz während der Implantation von VSBs und Carinas® etabliert werden. Darüber hinaus werden intraoperative BERA-Daten von 30 VSB- und 10-Carina®-Patienten sowie deren Hörergebnisse gezeigt.
N2  - Patients with mild to severe air conduction, bone conduction or combined hearing loss are treated routinely with active middle ear implants after unsuccessful hearing aid trials. Active middle ear implants are surgically coupled to different structures of the middle ear, depending on the hearing loss and the individual physiology of the middle ear. Hearing improvement is highly dependent on the coupling of the implants transducer and the middle ear structure. 
Currently, there is no sufficient method to determine the coupling efficiency intraoperatively. For this application a objective method was introduced to allow intraoperatively measured auditory brainstem responses (ABRs), while stimulating the patient via the implant. For this purpose the Vibrant Soundbrigde® (VSB) was coupled with a wireless streamer (miniTEK, Signia GmbH, Erlangen) or the Carina® actuator was connected via Audiocable to an ABR device. The ABR device transmits the stimuli direct to the implant, which is coupled to the middle ear structure. The ABRs are evoked by chirpsounds, using the optimized VSB-CE-Chirps (VSB) or standard CE-Chirp (Carina®) starting from levels above bone conduction thresholds to levels below threshold. These method can measure the intraoperative integrity of the implant and the coupling efficiency to avoid insufficient hearing outcomes. Furthermore, the determination of aided thresholds could be used to help fitting in children and difficult cases and could determine hearing degradation over time. 
Overall, a method to determine the coupling effiency intraoperatively during VSB and Carina® implantation surgeries could be established. Furthermore, intraoperative ABRdata from 30 VSB and 10 Carina® implantations and the outcomes of these patients are described.
KW  - Mittelohrimplantat
KW  - evozierte Potentiale
KW  - intraoperative Ankopplungseffizienz
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-201068
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kirchner, Juliane
T1  - Die Veränderungen der Tight Junction-Proteine der Blut-Rückenmarkschranke in einem neuropathischen Schmerzmodell bei Ratten
T1  - Tight junction proteins in the blood-spinal cord barrier in neuropathic pain
N2  - Neuropathische Schmerzen treten in der klinischen Praxis häufig auf und
beeinträchtigen in hohem Maße die Lebensqualität der Patienten. Bedingt durch eine
Schädigung somatosensorischer Nervenstrukturen im peripheren oder zentralen
Nervensystem ist der Schmerz meist durch eine Allodynie, Hyperalgesie oder
einschießende Schmerzen charakterisiert. Diese Symptome lassen sich durch
gängige Schmerzmittel kaum lindern. In jüngerer Zeit rückte die Blut-Rückenmarkschranke immer mehr in den Fokus verschiedener Untersuchungen, da auch
einige nicht-schmerzhafte Erkrankungen (z.B. Multiple Sklerose und Amyotrophe
Lateralsklerose) zur Veränderung dieser Barriere mit folgender Permeabilitätserhöhung
durch reduzierte Tight Junction-Protein-Expression führen. Die Blut-
Rückenmarkschranke dichtet Gefäße des Rückenmarks ab und verhindert das
Eindringen toxischer oder proanalgetischer Mediatoren in das zentrale Nervensystem.
Dafür ist die Funktion der Tight Junction-Proteine zur Aufrechterhaltung dieser Barriere
essentiell. Dennoch konnte die Rolle der Blut-Rückenmarkschranke bei Neuropathie
noch nicht vollständig erörtert werden. Die Untersuchungen meiner Arbeitsgruppe
konnten bereits zeigen, dass eine lockere Ligatur des N. ischiadicus bei Ratten (CCI;
chronic constriction injury) zur Entwicklung einer thermischen und mechanischen
Hyperalgesie sowie eingeschränkten motorischen Funktionen führt. Zudem konnte
eine Störung der Blut-Rückenmarkschranke nach einer CCI nachgewiesen werden, da
es Tracern unterschiedlicher molekularer Größe möglich war das Rückenmark zu
penetrieren. Daher sollte im Rahmen dieser Dissertation untersucht werden, inwieweit
es zu einer Veränderung unterschiedlicher Tight Junction-Proteine nach peripherer
Nervenverletzung (CCI) kommt. Hierbei konnte gezeigt werden, dass eine CCI zu einer
Herabregulation der mRNA-Expression von Claudin-1, Claudin-19, Tricellulin und
Occludin im Rückenmark führt, wobei diese Veränderungen insbesondere 7 und 14 d
nach der CCI auftraten. Die membranäre Expression dieser Proteine im Rückenmark
blieb bis auf Occludin unverändert, das 7 d nach der CCI signifikant reduziert war. Am
deutlichsten waren jedoch Claudin-5 und ZO-1 verändert. Folglich vermindert eine CCI
signifikant die Claudin-5-mRNA sowie die Immunreaktivität in isolierten Kapillaren des
Rückenmarks. Das Ankerprotein ZO-1 war sogar auf allen Ebenen, also in der Genals
auch Proteinexpression, und darüber hinaus in den Rückenmarkskapillaren
signifikant reduziert.

Die Interpretation dieser Ergebnisse legt nahe, dass ZO-1, und zum Teil auch
Claudin-5, für die gestörte Blut-Rückenmarkschranke verantwortlich sind und die
anderen untersuchten Proteine vermutlich nur eine untergeordnete Rolle spielen. Die
Bedeutung der Tight Junction-Proteine in der Blut-Rückenmarkschranke konnte somit
weiter untermauert werden. In zukünftigen Untersuchungen wäre es wichtig den
Signalweg, der zur Veränderung der Tight Junction-Proteine führt sowie die
subzelluläre Lokalisation zu untersuchen, um Möglichkeiten zum Wiederverschluss
der Barriere zu finden. Somit könnten Therapien zur Aufrechterhaltung der Blut-
Rückenmarkhomöostase den neuropathischen Schmerz unter Umständen kausal, und
nicht nur symptomatisch, behandelbar machen.
N2  - Chronic neuropathic pain is common in clinical practice and it greatly impairs the
quality of life of patients. Due to a lesion or disease of the peripheral or central nervous system neuropathic pain is characterized by allodynia, hyperalgesia and spontaneous
pain. The treatment of neuropathic pain remains a challenge since conventional pain
treatment is not effective in alleviating most types of neuropathic pain. Lately a lot of
research has focussed on the function of the blood-spinal cord barrier (BSCB) since
some non-painful diseases (e.g. multiple sclerosis and amyotrophic lateral sclerosis)
compromise the barrier and lead to reduced tight junction protein expression. The
BSCB prevents leakage of molecules such as pronociceptive and toxic mediators into
the spinal cord. Tight junction proteins are essential in maintaining this barrier by
restricting the paracellular diffusion pathway. Nevertheless, the pathophysiology of
neuropathic pain is not completely understood. Recently, this scientific work group
observed that rats with a loose ligation of the sciatic nerve (CCI) developed thermal
and mechanical hypersensitivity and reduced motor performance. The BSCB became
permeable for small and large tracers indicating a breakdown of the barrier. This study
was therefore designed to explore selected tight junction proteins after nerve injury
using CCI. The mRNA expression of claudin-1, claudin-19, tricellulin and occludin was
significantly reduced at 7 and 14 days after CCI. No alteration in protein expression
was observed at any chosen time point except for occludin which was significantly
decreased 7 days after CCI. In addition, CCI leads to a reduction of tight junction
proteins most pronounced for claudin-5 an ZO-1. Claudin-5 mRNA expression and
immunoreactivity in spinal cord capillaries is significantly reduced after CCI. The
anchor protein ZO-1 is even downregulated at mRNA and protein levels in the whole
lumbar spinal cord as well as in the spinal cord capillaries. In conclusion, this research
shows that ZO-1 and in part claudin-5 are necessary for maintaining the BSCB while
other tight junction proteins possibly play a minor role for the tightness of the barrier.
These results further emphasize the importance of tight junction proteins in the BSCB.
In future research the signaling pathway and regulation of these tight junction proteins
should be explored as barrier sealing could be a possibility for pain relief in the future.
KW  - Tight junction
KW  - Neuralgie
KW  - Blut-Rückenmarkschranke
KW  - Neuropathischer Schmerz
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-222634
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gromer, Daniel
T1  - Mechanisms Underlying Virtual Reality Exposure Therapy for Specific Phobias
T1  - Wirkmechanismen der Expositionstherapie in virtueller Realität bei spezifischen Phobien
N2  - Virtual reality exposure therapy (VRET) is an effective cognitive-behavioral treatment for anxiety disorders that comprises systematic confrontations to virtual representations of feared stimuli and situations.
However, not all patients respond to VRET, and some patients relapse after successful treatment. One explanation for this limitation of VRET is that its underlying mechanisms are not yet fully understood, leaving room for further improvement.
On these grounds, the present thesis aimed to investigate two major research questions: first, it explored how virtual stimuli induce fear responses in height-fearful participants, and second, it tested if VRET outcome could be improved by incorporating techniques derived from two different theories of exposure therapy. To this end, five studies in virtual reality (VR) were conducted.

Study 1 (N = 99) established a virtual environment for height exposure using a Computer Automatic Virtual Environment (CAVE) and investigated the effects of tactile wind simulation in VR. Height-fearful and non-fearful participants climbed a virtual outlook, and half of the participants received wind simulation. Results revealed that height-fearful participants showed stronger fear responses, on both a subjective and behavioral level, and that wind simulation increased subjective fear. However, adding tactile wind simulation in VR did not affect presence, the user's sense of 'being there' in the virtual environment. Replicating previous studies, fear and presence in VR were correlated, and the correlation was higher in height-fearful compared to non-fearful participants.

Study 2 (N = 43) sought to corroborate the findings of the first study, using a different VR system for exposure (a head-mounted display) and measuring physiological fear responses. In addition, the effects of a visual cognitive distractor on fear in VR were investigated. Participants' fear responses were evident on both a subjective and physiological level---although much more pronounced on skin conductance than on heart rate---but the virtual distractor did not affect the strength of fear responses.

In Study 3 (N = 50), the effects of trait height-fearfulness and height level on fear responses were investigated in more detail. Self-rated level of acrophobia and five different height levels in VR (1 m--20 m) were used as linear predictors of subjective and physiological indices of fear. Results showed that subjective fear and skin conductance responses were a function of both trait height-fearfulness and height level, whereas no clear effects were visible for heart rate.

Study 4 (N = 64 + N = 49) aimed to advance the understanding of the relationship between presence and fear in VR. Previous research indicates a positive correlation between both measures, but possible causal mechanisms have not yet been identified. The study was the first to experimentally manipulate both presence (via the visual and auditive realism of the virtual environment) and fear (by presenting both height and control situations). Results indicated a causal effect of fear on presence, i.e., experiencing fear in a virtual environment led to a stronger sense of `being there' in the virtual environment. However, conversely, presence increased by higher scene realism did not affect fear responses. Nonetheless, presence seemed to have some effects on fear responding via another pathway, as participants whose presence levels were highest in the first safe context were also those who had the strongest fear responses in a later height situation. This finding indicated the importance of immersive user characteristics in the emergence of presence and fear in VR.

The findings of the first four studies were integrated into a model of fear in VR, extending previous models and highlighting factors that lead to the emergence of both fear and presence in VR. Results of the studies showed that fear responses towards virtual heights were affected by trait height-fearfulness, phobic elements in the virtual environment, and, at least to some degree, on presence. Presence, on the other hand, was affected by experiencing fear in VR, immersion---the characteristics of the VR system---and immersive user characteristics. Of note, the manipulations of immersion used in the present thesis, visual and auditory realism of the virtual environment and tactile wind simulation, were not particularly effective in manipulating presence.

Finally, Study 5 (N = 34) compared two different implementations of VRET for acrophobia to investigate mechanisms underlying its efficacy. The first implementation followed the Emotional Processing Theory, assuming that fear reduction during exposure is crucial for positive treatment outcome. In this condition, patients were asked to focus on their fear responses and on the decline of fear (habituation) during exposures. The second implementation was based on the inhibitory learning model, assuming that expectancy violation is the primary mechanism underlying exposure therapy efficacy. In this condition, patients were asked to focus on the non-occurrence of feared outcomes (e.g., 'I could fall off') during exposure. Based on predictions of the inhibitory learning model, the hypothesis for the study was that expectancy-violation-based exposure would outperform habituation-based exposure.
After two treatment sessions in VR, both treatment conditions effectively reduced the patients' fear of heights, but the two conditions did not differ in their efficacy. The study replicated previous studies by showing that VRET is an effective treatment for acrophobia; however, contrary to the assumption, explicitly targeting the violation of threat expectancies did not improve outcome. This finding adds to other studies failing to provide clear evidence for expectancy violation as the primary mechanism underlying exposure therapy. Possible explanations for this finding and clinical implications are discussed, along with suggestions for further research.
N2  - Die Expositionstherapie in virtueller Realität (VRET) ist ein wirksames kognitiv-verhaltenstherapeutisches Verfahren zur Behandlung von Angststörungen. Bei einer VRET werden Patienten nach psychoedukativer Vorbereitung mit virtuellen Repräsentationen der von ihnen gefürchteten Objekte oder Situationen konfrontiert.
Die VRET zeigt allerdings nicht bei allen Patienten die gewünschte Wirksamkeit, und einige Patienten erleben selbst nach erfolgreicher Therapie eine Rückkehr der Angst. Da die zugrunde liegenden Wirkfaktoren der VRET noch nicht ausreichend aufgeklärt sind, lässt sich ihre Effektivtät möglicherweise noch weiter verbessern.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher zwei Fragen zu untersuchen. Zum einen, wie genau virtuelle Reize Furchtreaktionen bei höhenängstlichen Personen auslösen, und zum anderen, ob sich VRET durch den Einsatz spezifischer Techniken, welche aus Theorien zur Expositionstherapie abgeleitet wurden, verbessern lässt. Um die Fragen zu beantworten, wurden im Rahmen der Dissertation fünf Studien durchgeführt.

In Studie 1 (N = 99) wurde eine virtuelle Umgebung für Höhenexposition etabliert und Effekte von taktiler Windsimulation in virtueller Realität (VR) untersucht. In der Studie hatten höhenängstliche und nicht-ängstliche Probanden die Aufgabe einen virtuellen Turm zu besteigen, wobei die Hälfte der Probanden währenddessen eine Windsimulation dargeboten bekam. Die Ergebnisse zeigten, dass höhenängstliche Probanden stärkere Furchtreaktionen zeigten, was sich sowohl im Bericht als auch im Verhalten äußerte. Zusätzlich erhöhte die Windsimulation die subjektiv Furcht der Probanden. Die Windsimulation hatte allerdings keinen Einfluss auf das Präsenzerleben, d. h. wie sehr sich Probanden so gefühlt hatten als seien sie tatsächlich in der virtuellen Umgebung gewesen. In der Studie konnten darüber hinaus zwei Befunde vorheriger Studien zum Präsenzerleben repliziert werden. Furcht und Präsenz korrelierten positiv, und dieser Zusammenhang war bei höhenängstlichen Probanden stärker als bei nicht-ängstlichen Probanden. Die Studie konnte zeigen, dass sich VR eignet um Furcht auf verschiedenen Reaktionsebenen zu untersuchen und es darüber hinaus möglich ist, Furcht in VR experimentell zu manipulieren.

In Studie 2 (N = 43) sollten die Ergebnisse der ersten Studie bestätigt werden. Hierfür wurden ein anderes VR-System für die Exposition eingesetzt sowie die Erfassung von Furchtreaktionen um physiologische Maße ergänzt. Zusätzlich wurde der Einfluss einer visuell-kognitiven Distraktionsaufgabe in VR auf Furchtreaktionen untersucht. Die Furchtreaktionen der Probanden zeigten sich sowohl auf subjektiver als auch physiologischer Ebene, wobei Reaktionen der Hautleitfähigkeit stärker ausgeprägt waren als Veränderungen der Herzrate. Ein Einfluss der ablenkenden visuell-kognitiven Aufgabe auf Furchtreaktionen konnte nicht gezeigt werden. Die Studie konnte insgesamt verdeutlichen, dass die Eigenschaft von VR, Furcht zu erzeugen, nicht an einen bestimmten Versuchsaufbau gebunden ist und sich Furcht in VR auf allen Reaktionsebenen zeigt.

Studie 3 (N = 50) hatte das Ziel, den Einfluss von Höhenängstlichkeit und Höhe auf Furchreaktionen genauer zu untersuchen. Hierfür wurde per Fragebogen erfasste Höhenängstlichkeit sowie fünf verschiedene Höhen (1 m--20 m) als lineare Prädiktoren für subjektive und physiologische Furchtindizes verwendet. Die Ergebnisse zeigten, dass subjektive Furcht und Hautleitfähigkeitsreaktionen in Abhängigkeit von sowohl Höhenängstlichkeit als auch Höhe zunahmen. Für die Herzrate zeigten sich hingegen keine eindeutigen Effekte. Die Studie konnte zusammenfassend zeigen, dass sich die Furchtreaktionen in VR spezifisch auf Höhe zeigten.

In Studie 4 (N = 64 + N = 49) sollte der Zusammenhang zwischen Furcht und Präsenzerleben in VR genauer untersucht werden. Vorangegangene Studien zeigten eine positive Korrelation zwischen beiden Maßen, konnten jedoch keine Aussagen über einen möglichen Kausalzusammenhang machen. Die vorliegende Studie war daher die erste, welche sowohl Präsenz als auch Furcht experimentell manipulierte. Präsenz wurde über die Darbietung unterschiedlich realistischer virtueller Umgebungen, Furcht über die Darbietung von Höhen und Kontrollumgebungen manipuliert.
Die Ergebnisse der Studie zeigten, dass es einen kausalen Effekt von Furcht auf Präsenzerleben gab, d. h. das Erleben von Furcht in einer Höhensituation in VR führte zu erhöhtem Präsenzerleben. Umgekehrt gab es jedoch keinen Effekt von experimentell manipuliertem Präsenzerleben auf die Stärke der Furchtreaktion. Es zeigte sich allerdings, dass Personen, welche in der ersten sicheren Situation das stärkste Präsenzerleben berichteten, später auch die stärksten Furchtreaktionen zeigten, was darauf schließen lässt, dass es möglicherwiese dennoch Effekte von Präsenzerleben auf Furcht gibt. Dieses Ergebnis weist auf die Bedeutung von möglichen Persönlichkeitsunterschieden hin, welche für das Erleben von Präsenz und Furcht in VR von Bedeutung sind. Die Studie verdeutlichte damit zum einen die Komplexität des Zusammenhangs zwischen Furcht und Präsenzerleben und erlaubte zum anderen erstmals Kausalschlüsse zwischen beiden Maßen.

Die Ergebnisse der ersten vier Studien wurden in einem Modell zur Furcht in VR zusammengefasst. Basierend auf bestehenden Modellen zeigt das neue Modell Faktoren auf, welche für die Entstehung von Furcht und Präsenz bedeutsam sind. So konnten die Studien zeigen, dass Furchtreaktionen in Abhängigkeit von habitueller Höhenangst, der furchtbezogenen Relevanz der virtuellen Umgebung (z. B. Höhe), sowie zum Teil vom Präsenzerleben, auftreten. Bezüglich des Präsenzerlebens betont das Modell die Relevanz von aktuellem Furchterleben, Immersion (den Charakteristika des VR-Systems) und immersiven Nutzercharakteristika (z. B. Absorption). Zu erwähnen ist, dass die in der vorliegenden Dissertation untersuchten Manipulationen von Immersion (visueller und auditiver Realismus der virtuellen Umgebung und taktile Windsimulation) jedoch keine sonderlich starken Effekte auf Präsenz hatten.

In Studie 5 (N = 34) wurden abschließend im Rahmen einer Therapiestudie zwei verschiedene VRET-Ansätze miteinander verglichen. Die erste Gruppe von Patienten erhielt hierbei eine Therapie auf Basis der Emotional Processing Theory. In dieser Bedingung wurden die Patienten während der Exposition gebeten, sich auf ihr Furchterleben und dessen Rückgang über die Zeit (Habituation) zu konzentrieren. Die zweite Gruppe von Patienten erhielt eine Therapie auf Basis des Inhibitory Learning Models. In dieser Bedingung wurden die Patienten gebeten, gezielt ihre Befürchtungen (z. B. "Ich könnte herunterfallen") zu überprüfen und zu widerlegen. Es wurde auf Basis der Vorhersage des Inhibitory Learning Models, dass Erwartungswiderlegung der zentrale Wirkfaktor der Expositionstherapie ist, angenommen, dass eine Therapie auf Basis der Widerlegung von Befürchtungen effektiver ist als eine Therapie auf Basis von Habituation. Nach zwei Therapiesitzungen berichteten die Patienten in beiden Gruppen einen signifikaten Rückgang ihrer Höhenangst, es zeigten sich jedoch keine Wirksamkeitsunterschiede zwischen den Gruppen. Die Studie konnte damit zwar vorherige Befunde replizieren, die zeigten, dass VRET eine effektive Behandlung für Höhenangst ist, die spezifische Fokussierung auf Erwartungswiderlegung zeigte jedoch keinen Vorteil. Dieser Befund reiht sich damit in eine Reihe von Studien ein, die Erwartungswiderlegung als zentralen Wirkfaktor der Expositionstherapie nicht nachweisen konnten. Mögliche Gründe für diesen Befund sowie daraus folgende klinische Implikationen und Vorschläge für weitere Forschung werden diskutiert.
KW  - Virtuelle Realität
KW  - Höhenangst
KW  - Expositionstherapie
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-207334
ER  - 
TY  - THES
A1  - Riechelmann [verh. Steinbacher], Eva Katharina
T1  - Gaze interaction: Cognitive mechanisms of oculomotor action control
T1  - Blickinteraktion: Kognitive Mechanismen der okulomotorischen Handlungskontrolle
N2  - Humans use their eyes not only as visual input devices to perceive the environment, but also as an action tool in order to generate intended effects in their environment. For instance, glances are used to direct someone else's attention to a place of interest, indicating that gaze control is an important part of social communication. Previous research on gaze control in a social context mainly focused on the gaze recipient by asking how humans respond to perceived gaze (gaze cueing). So far, this perspective has hardly considered the actor’s point of view by neglecting to investigate what mental processes are involved when actors decide to perform an eye movement to trigger a gaze response in another person. Furthermore, eye movements are also used to affect the non-social environment, for instance when unlocking the smartphone with the help of the eyes. This and other observations demonstrate the necessity to consider gaze control in contexts other than social communication whilst at the same time focusing on commonalities and differences inherent to the nature of a social (vs. non-social) action context. Thus, the present work explores the cognitive mechanisms that control such goal-oriented eye movements in both social and non-social contexts. 
The experiments presented throughout this work are built on pre-established paradigms from both the oculomotor research domain and from basic cognitive psychology. These paradigms are based on the principle of ideomotor action control, which provides an explanatory framework for understanding how goal-oriented, intentional actions come into being. The ideomotor idea suggests that humans acquire associations between their actions and the resulting effects, which can be accessed in a bi-directional manner: Actions can trigger anticipations of their effects, but the anticipated resulting effects can also trigger the associated actions. According to ideomotor theory, action generation involves the mental anticipation of the intended effect (i.e., the action goal) to activate the associated motor pattern. The present experiments involve situations where participants control the gaze of a virtual face via their eye movements. The triggered gaze responses of the virtual face are consistent to the participant’s eye movements, representing visual action effects. Experimental situations are varied with respect to determinants of action-effect learning (e.g., contingency, contiguity, action mode during acquisition) in order to unravel the underlying dynamics of oculomotor control in these situations. In addition to faces, conditions involving changes in non-social objects were included to address the question of whether mechanisms underlying gaze control differ for social versus non-social context situations.
The results of the present work can be summarized into three major findings. 1. My data suggest that humans indeed acquire bi-directional associations between their eye movements and the subsequently perceived gaze response of another person, which in turn affect oculomotor action control via the anticipation of the intended effects. The observed results show for the first time that eye movements in a gaze-interaction scenario are represented in terms of their gaze response in others. This observation is in line with the ideomotor theory of action control. 2. The present series of experiments confirms and extends pioneering results of Huestegge and Kreutzfeldt (2012) with respect to the significant influence of action effects in gaze control. I have shown that the results of Huestegge and Kreutzfeldt (2012) can be replicated across different contexts with different stimulus material given that the perceived action effects were sufficiently salient. 3. Furthermore, I could show that mechanisms of gaze control in a social gaze-interaction context do not appear to be qualitatively different from those in a non-social context.
All in all, the results support recent theoretical claims emphasizing the role of anticipation-based action control in social interaction. Moreover, my results suggest that anticipation-based gaze control in a social context is based on the same general psychological mechanisms as ideomotor gaze control, and thus should be considered as an integral part rather than as a special form of ideomotor gaze control.
N2  - Der Mensch nutzt die Augen nicht nur zur Wahrnehmung seiner Umwelt, sondern auch als Handlungsinstrument, um intendierte Effekte in seiner Umwelt zu erzeugen. So werden Blicke beispielsweise dazu verwendet, die Aufmerksamkeit eines anderen auf einen bestimmten Ort zu lenken. Dies weist darauf hin, dass Blickkontrolle einen wichtigen Bestandteil in der sozialen Kommunikation darstellt. Die Forschung zu Blickkontrolle im sozialen Kontext hat sich bisher hauptsächlich auf den Blick-Empfänger konzentriert, um die Frage zu beantworten, wie Menschen auf wahrgenommene Blicke reagieren (Gaze Cueing). Dieser Ansatz hat dementsprechend bisher kaum den Standpunkt des Blick-Senders berücksichtigt. So wurde beispielsweise noch nicht untersucht, welche mentalen Prozesse der Ausübung einer Augenbewegung zugrunde liegen, die zum Ziel hat, bei einer anderen Person eine bestimmte Blickreaktion auszulösen. Darüber hinaus werden zielgerichtete Augenbewegungen auch im nicht-sozialen Kontext eingesetzt, beispielsweise beim Entsperren des Smartphones mithilfe der Augen. Diese und andere Beobachtungen zeigen allerdings klar die Notwendigkeit, Blickkontrolle sowohl in der sozialen Kommunikation als auch in anderen, nicht-sozialen Kontexten zu berücksichtigen und dabei gleichzeitig auf Gemeinsamkeiten und Unterschiede zu achten, die der Natur eines sozialen (vs. nicht-sozialen) Handlungskontextes innewohnen. Die vorliegende Arbeit untersucht daher die kognitiven Mechanismen, die solchen zielgerichteten Blickbewegungen in sozialen wie in nicht-sozialen Kontexten zugrunde liegen. 
Die in der vorliegenden Arbeit vorgestellten Experimente bauen auf bereits etablierten Paradigmen aus der Forschung zu Okulomotorik und zu basalen kognitiven Prozessen auf. Diese Paradigmen basieren auf dem Prinzip der ideomotorischen Handlungskontrolle, das eine Erklärung für die Entstehung zielgerichteter und beabsichtigter Handlungen liefert. Der ideomotorische Gedanke legt nahe, dass Menschen Assoziationen zwischen ihren Handlungen und den daraus resultierenden Effekten erwerben, die in zwei Richtungen wirken können: Eine Handlung kann die Antizipation ihrer Effekte auslösen, aber die aktive Antizipation eines Handlungseffektes kann auch die damit verbundene Handlung auslösen. Nach der ideomotorischen Theorie beinhaltet Handlungsgenerierung die mentale Antizipation des beabsichtigten Handlungseffektes, um das zugehörige motorische Muster zu aktivieren. Die vorliegenden Experimente beinhalten Situationen, in denen die Probanden den Blick eines virtuellen Gesichts mithilfe ihre eigenen Augenbewegungen steuern. Die im virtuellen Gesicht ausgelösten Blickreaktionen repräsentieren die visuellen Handlungseffekte. Die Situationen werden in Bezug auf die Determinanten von Handlungs-Effekt-Lernen (Kontingenz, Kontiguität, Handlungsmodus während des Lernens) variiert, um die zugrundeliegende Dynamik der okulomotorischen Handlungskontrolle in diesen Situationen zu verstehen. Zusätzlich zu den Gesichtern wurden Handlungseffekte in nicht-sozialen Objekten untersucht, um die Frage zu klären, ob sich die der Blickkontrolle zugrundeliegenden Mechanismen für soziale und nicht-soziale Kontextsituationen unterscheiden.
Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit lassen sich in drei Hauptergebnisse zusammenfassen. 1. Meine Resultate legen nahe, dass Menschen bi-direktionale Assoziationen zwischen ihren Augenbewegungen und der darauf folgenden Blickreaktion einer anderen Person erwerben, was über die Antizipation der beabsichtigten Effekte die okulomotorische Handlungssteuerung beeinflusst. Die beobachteten Ergebnisse zeigen zum ersten Mal, dass Augenbewegungen in einem Blickinteraktionsszenario in Form einer bei der anderen Person ausgelösten Blickreaktion repräsentiert werden. Diese Beobachtung steht im Einklang mit dem ideomotorischen Prinzip der Handlungskontrolle. 2. Die vorliegende Versuchsreihe belegt und erweitert die wegweisenden Ergebnisse von Huestegge und Kreutzfeldt (2012) in Bezug auf den bedeutenden Einfluss von Handlungseffekten in der okulomotorischen Handlungskontrolle. Ich konnte zeigen, dass sich die Ergebnisse von Huestegge und Kreutzfeldt (2012) über verschiedene Kontexte mit unterschiedlichem Stimulus-Material replizieren lassen unter der Bedingung, dass die wahrgenommenen Handlungseffekte ausreichend stark ausgeprägt waren. 3. Zudem konnte ich zeigen, dass sich Mechanismen der Blickkontrolle in einem sozialen Blickinteraktionskontext vermutlich nicht qualitativ von denen in einem nicht-sozialen Kontext unterscheiden.
Zusammenfassend unterstützen die Ergebnisse die jüngsten theoretischen Überlegungen, die die Rolle von antizipativen Prozessen in der Handlungssteuerung in sozialen Interaktionskontexten betonen. Darüber hinaus legen meine Ergebnisse nahe, dass antizipationsbasierte Blickkontrolle im sozialen Kontext auf den gleichen allgemeinen psychologischen Mechanismen wie ideomotorische Blickkontrolle basiert und somit als integraler Bestandteil, und nicht als eine spezielle Form der ideomotorischen Blickkontrolle, betrachtet werden sollte.
KW  - Verhaltenskontrolle
KW  - Blickbewegung
KW  - Kognition
KW  - Ideomotorische Blickkontrolle
KW  - Soziomotorische Blickkontrolle
KW  - Blickinteraktion
KW  - Soziale Handlungseffekte
KW  - Effektantizipation
KW  - Ideomotor gaze control
KW  - Sociomotor gaze control
KW  - Gaze interaction
KW  - Social action effects
KW  - Effect anticipation
KW  - Ideomotorik
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-215279
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pieper, Sabrina H.
T1  - Temporal information transfer by electrical stimulation in auditory implants
T1  - Zeitliche Informationsübertragung durch elektrische Stimulation bei Hörprothesen
N2  - In deafness, which is caused by the malfunctioning of the inner ear, an implantation of a cochlear implant (CI) is able to restore hearing. The CI is a neural prosthesis that is located within the cochlea. It replaces the function of the inner hair cells by direct electrical stimulation of the auditory nerve fibers. The CI enables many deaf or severe hearing-impaired people to achieve a good speech perception. Nevertheless, there is a lot of potential for further improvements. Compared to normal-hearing listeners rate pitch discrimination is much worse. Rate pitch discrimination is the ability to distinguish the pitch of two stimuli with two different pulse rates. This ability is important for enjoying music as well as speech perception (in noise). Further, the small dynamic range in electrical hearing (compared to normal-hearing listeners) and therefore the small intensity resolution limits the performance of CI users. Both, rate pitch coding and dynamic range were investigated in this doctoral thesis. 
For the first issue, a pitch discrimination task was designed to determine the just-noticeable-difference (JND) in pitch with 200 and 400 pps as reference. Additionally to the default biphasic pulse (single pulse) the experiment was performed with double pulses. The double pulse consists out of two biphasic pulses directly after each other and a small interpulse interval (IPI) in between. Three different IPIs (15, 50, and 150 µs) were tested. The statistical analysis of JNDs revealed no significant effects between stimulation with single-pulse or double-pulse trains.
A follow-up study investigated an alternating pulse train consisting of single and double pulses. To investigate if the 400 pps alternating pulse train is comparable in pitch with the 400 pps single-pulse train, a pairwise pitch comparison test was conducted. The alternating pulse train was compared with single-pulse trains at 200, 300 and 400 pps. The results showed that the alternating pulse train is for most subjects similar in pitch with the 200 pps single-pulse train. Therefore, pitch perception seemed to be dominated by the double pulses within the pulse train. 
Accordingly, double pulses with different amplitudes were tested. Based on the facilitation effect, a larger neuronal response was expected by stimulating with two pulses with a short IPI within the temporal facilitation range. In other studies, this effect was shown to be maximal in CIs of the manufacturer Cochlear, with first pulse amplitudes set at or slightly below the electrically evoked compound action potential (ECAP) threshold. The second pulse amplitude did not influence the facilitation effect and therefore could be choose at will. Similarly, this effect was tested in this thesis with CIs of the manufacturer MED-EL. Nevertheless, to achieve a proper signal-to-noise ratio, technical issues had to be addressed like a high noise floor, resulting in incorrect determination of the ECAP threshold. After solving this issues, the maximum facilitation effect was around the ECAP threshold as in the previous study with Cochlear. For future studies this effect could be used in a modified double pulse rate pitch experiment with the first pulse amplitude at ECAP threshold and the second pulse amplitude variable to set the most comfortable loudness level (MCL). 
The last study within this thesis investigated the loudness perception at two different loudness levels and the resulting dynamic range for different interphase-gaps (IPG). A larger IPG can reduce the amplitude at same loudness level to save battery power. However, it was unknown if the IPG has an influence on the dynamic range. Different IPGs (10 and 30 µs) were compared with the default IPG (2.1 µs) in a loudness matching experiment. The experiment was performed at the most comfortable loudness level (MCL) of the subject and the amplitude of half the dynamic range (50%-ADR). An upper dynamic range was calculated from the results of MCL and 50%-ADR (therefore not the whole dynamic range was covered). As expected from previous studies a larger IPG resulted in smaller amplitudes. However, the observed effect was larger at MCL than at 50%-ADR which resulted in a smaller upper dynamic range. This is the first time a decrease of this dynamic range was shown.
N2  - Bei einer Taubheit, welche durch eine Schädigung des Innenohres hervorgerufen wird, ist es möglich das Gehör mittels eines Cochlea-Implantates (CI) wieder herzustellen. Das Implantat befindet sich innerhalb der Hörschnecke und ist in der Lage, die Funktion der inneren Haarzellen zu ersetzen. Dies geschieht durch direkte elektrische Stimulation der auditorischen Nervenfasern. Dadurch ermöglicht das CI Ertaubten oder stark Schwerhörigen, ein gutes Sprachverstehen zu erlangen. Dennoch gibt es weiterhin Verbesserungspotential. Im Vergleich zu Normalhörenden ist unter anderem die Tonhöhenunterscheidung stark eingeschränkt. Die Unterscheidung von Tonhöhen ist sowohl für den Musikgenuss als auch für das Sprachverstehen (im Störgeräusch) wichtig. Ebenso verfügen CI Träger über einen vergleichsweise kleinen Dynamikbereich und einer daraus resultierenden geringen Auflösung der Intensitäten. Dies kann zu einer Beeinträchtigung des Hörens führen. Sowohl die Fähigkeit der Tonhöhenunterscheidung als auch der Dynamikbereich werden in der vorliegenden Doktorarbeit untersucht.
Hierfür wurde zunächst ein Tonhöhenunterscheidungs-Experiment entworfen, bei welchem der kleinste wahrnehmbare Unterschied zweier Pulsraten ermittelt wurde. Die Pulsraten 200 und 400 pps dienten als Referenzwert. Neben dem standardmäßig verwendeten Biphasischen Puls, wurden Doppelpulse genutzt. Diese bestehen aus zwei aufeinander folgenden biphasischen Pulsen gleicher Amplitude, welche durch ein kurzes interpuls Intervall (IPI) separiert sind. In dem Experiment wurden drei unterschiedliche IPIs getestet (15, 50 und 150 µs). Die Analyse des kleinesten wahrnehmbaren Tonhöhenunterschieds ergab keine signifikanten Unterschiede zwischen dem einfachen Puls und den Doppelpulsen. 
Ein Folgeexperiment beschäftigte sich mit einer alternierenden Pulsfolge bestehend aus dem einfachen und dem Doppelpuls. In einem paarweisen Vergleichsexperiment wurde die alternierende Pulsfolge bei 400 pps mit einem Einfachpuls bei 200, 300 und 400 pps in ihrer Tonhöhe verglichen. Es zeigte sich, dass die alternierende Pulsfolge bei 400 pps mehrheitlich mit dem Einzelpuls bei 200 pps vergleichbar war. Demzufolge scheint die Tonhöhenwahrnehmung der alternierenden Pulsfolge von dem Doppelpuls dominiert zu werden. 
Auf beide Experimente aufbauend, wurden Doppelpulse mit unterschiedlichen Amplituden untersucht. Basierend auf den Bahnungseffekt (Facilitation-Effekt), kann eine größere neuronale Antwort hervorgerufen werden, indem mit Doppelpulsen mit kurzem IPI stimuliert wird. In einer anderen Studie konnte anhand von CIs der Firma Cochlear gezeigt werden, dass dieser Effekt maximal war, wenn die Amplitude des ersten Pulses nahe der Schwelle zum elektrisch evozierten Summenaktionspotential (ECAP) liegt. Die Amplitude des zweiten Pulses dagegen hatte keinen Einfluss auf den „Facilitation“-Effekt und konnte beliebig gewählt werden. Dieser Effekt wurde mit CIs der Firma MED-EL in der vorliegenden Doktorarbeit nachgestellt. Es zeigte sich, dass auch hier der größte „Facilitation“-Effekt auftrat, wenn die Amplitude des ersten Pulses nahe der ECAP-Schwelle lag. In zukünftigen Studien könnte dieser Effekt für einen modifizierten Doppelpuls genutzt werden, um mit diesem das ursprüngliche Tonhöhenunterscheidungs-Experiment zu wiederholen. Dabei würde die Amplitude des ersten Pulses der ECAP-Schwelle entsprechen, während die zweite Pulsamplitude variiert wird, um den größten, möglichst angenehmen, Lautheitspegel zu erhalten.
In einer letzten Studie wurde das Lautheitsempfinden bei zwei unterschiedlichen Lautheiten bei unterschiedlichen Interphasen-Gaps (IPG) untersucht und der daraus resultierende Dynamikbereich. Eine Vergrößerung des IPGs führt bei gleich bleibendem Lautheitsempfinden zu geringeren Stimulations-Amplituden und ist dadurch in der Lage die Batterie schonen. Allerdings ist der Einfluss auf den Dynamikbereich bisher unbekannt. In einem Lautheits-Experiment wurden Pulse mit verschiedenen IPGs (10 und 30 µs) mit dem standardmäßig verwendeten IPG (2.1 µs) in ihrer Lautheit angeglichen. Dieses Verfahren wurde bei MCL und der Amplitude des halben Dynamikbereichs (50%-ADR) durchgeführt. Aus den ermittelten Werten konnte ein „oberer“ Dynamikbereich zwischen MCL und 50%-ADR ermittelt werden. Es zeigte sich, dass sich die Amplituden mit größerem IPG, wie erwartet, verringerten. Jedoch zeigte sich ein stärkerer Effekt bei MCL, was eine Verringerung des Dynamikbereichs zur Folge hat. Dies ist das erste Mal, dass eine Verringerung des Dynamikbereichs gezeigt wurde.
KW  - Cochlear-Implantat
KW  - Bahnung
KW  - Elektrostimulation
KW  - temporal information transfer
KW  - ECAP
KW  - interphase gap
KW  - interpulse interval
KW  - cochlea implant
KW  - zeitlich Informationsübertragung
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-223887
ER  - 
TY  - THES
A1  - Stegmann, Yannik
T1  - Electrocortical mechanisms of sustained attention during the acquisition and interaction of conditioned fear and anxiety
T1  - Elektrokortikale Mechanismen der Aufmerksamkeit während der Akquisition und Interaktion konditionierter Furcht und Angst
N2  - Adapting defensive behavior to the characteristics of a threatening situation is a fundamental function of the brain. Particularly, threat imminence plays a major role for the organization of defensive responses. Acute threat prompts phasic physiological responses, which are usually associated with an intense feeling of fear. In contrast, diffuse and potentially threatening situations elicit a sustained state of anxious apprehension. Detection of the threatening stimulus defines the key event in this framework, initiating the transition from potential to acute threat. Consequently, attention to threat is crucial for supporting defensive behavior. The functions of attention are finely tuned to the characteristics of a threatening situation. Potential threat is associated with hypervigilance, in order to facilitate threat detection. Once a threatening stimulus has been identified, attention is selectively focused on the source of danger. Even though the concepts of selective attention and hypervigilance to threat are well established, evidence for their neural correlates remain scarce. Therefore, a major goal of this thesis is to elucidate the neural correlates of selective attention to acute threat and hypervigilance during potential threat. A second aim of this thesis is to provide a mechanistic account for the interaction of fear and anxiety. While contemporary models view fear and anxiety as mutually exclusive, recent findings for the neural networks of fear and anxiety suggest potential interactions. In four studies, aversive cue conditioning was used to induce acute threat, while context conditioning served as a laboratory model of potential threat. To quantify neural correlates of selective attention and hypervigilance, steady-state visual evoked potentials (ssVEPs) were measured as an index of visuocortical responding. Study 1 compared visuocortical responses to acute and potential threat for high versus low trait-anxious individuals. All individuals demonstrated enhanced electrocortical responses to the central cue in the acute threat condition, suggesting evidence for the neural correlate of selective attention. However, only low anxious individuals revealed facilitated processing of the contexts in the potential threat condition, reflecting a neural correlate of hypervigilance. High anxious individuals did not discriminate among contexts. These findings contribute to the notion of aberrational processing of potential threat for high anxious individuals. Study 2 and 3 realized orthogonal combinations of cue and context conditioning to investigate potential interactions of fear and anxiety. In contrast to Study 1 and 2, Study 3 used verbal instructions to induce potentially threatening contexts. Besides ssVEPs, threat ratings and skin conductance responses (SCRs) were recorded as efferent indices of defensive responding. None of these studies found further evidence for the neural correlates of hypervigilance and selective attention. However, results for ratings and SCRs revealed additive effects of fear and anxiety, suggesting that fear and anxiety are not mutually exclusive, but interact linearly to organize and facilitate defensive behavior. Study 4 tested ssVEPs to more ecologically valid forms of context conditioning, using flickering video stimuli of virtual offices to establish context representations. Contrary to expectations, results revealed decreased visuocortical responses during sustained presentations of anxiety compared to neutral contexts. A disruption of ssVEP signals eventually suggests interferences by continuously changing video streams which are enhanced as a function of motivational relevance. In summary, this thesis provided evidence for the neural correlates of attention only for isolated forms of fear and anxiety, but not for their interaction. In contrast, an additive interaction model of fear and anxiety for measures of defensive responding offers a new perspective on the topography of defensive behavior.
N2  - ZusammenfassungDie Anpassung defensiver Verhaltensweisen an die Anforderungen bedrohlicher Sit-uationen ist eine fundamentale Funktion des Gehirns. Akute Bedrohung führt in der Regel zu kurz-anhaltenden, physiologischen Reaktionen, die mit einem Gefühlintensiver Furcht einhergehen, während Situationen potenzieller Bedrohung zu einem anhaltenden Zustand erhöhter Angst führen. Dabei spielt das Erkennen der Gefahr eine besondere Rolle, da sie den Übergang von potenzieller zu akuter Bedrohung initiiert. Demnach kommt der Aufmerksamkeit eine wichtige Funktion bei der Unterstützung defensiver Verhaltensweisen zu. Mechanismen der Aufmerksamkeit sind dabei präzise auf die jeweilige Situation abgestimmt. Potenzielle Bedrohung führt zu Hypervigilanz, um bedrohliche Reize schneller zu entdecken ...
KW  - Furcht
KW  - Angst
KW  - Aufmerksamkeit
KW  - ssVEP
KW  - EEG
KW  - Conditioning
KW  - Visuelle Aufmerksamkeit
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-237700
ER  -